Esiste un universo nascosto in ogni palea della turbina

La bellezza dell'universo risiede nel suo mistero e profondità. Solo la Via Lattea contiene innumerevoli galassie, stelle e polveri, molto al di là della portata dell'osservazione umana. Sai che le pale delle turbine dei motori aeronautici contengono anche un "universo" di materiali? In questo "universo", gli atomi e le molecole sono abilmente combinati per aiutare il motore a soddisfare vari requisiti di prestazione.

## Pale delle turbine

Le pale delle turbine sono una delle parti più critiche di un motore aeronautico. Si trovano nella parte del motore con la temperatura più alta, stress più complesso e ambiente più duro. Sono numerose, complesse nella forma, hanno requisiti dimensionali elevati e sono difficili da lavorare, il che influisce direttamente sulle prestazioni del motore aeronautico.

I motori aeronautici avanzati possono funzionare a temperature superiori a 1700 ° C

Dopo la pressurizzazione, la pressione è alta quanto più di 50 atmosfere

Per soddisfare i requisiti di prestazioni del motore, affidabilità e durata, i materiali delle pale turbine devono avere un'eccellente resistenza a temperature elevate, una buona resistenza all'ossidazione, una buona resistenza alla corrosione termica, nonché una buona resistenza alla fatica e tenacia alla frattura e altre proprietà complessive.

Ricerca e sviluppo dei materiali

Processo di sviluppo dei materiali per le pale

Negli anni '30, i ricercatori hanno sviluppato leghe ad alte temperature con eccellenti prestazioni a temperature elevate per sostituire l'acciaio inossidabile, consentendo l'uso della pala a temperature fino a 800 ° C. Poco dopo, l'emergere della tecnologia di fusione sotto vuoto ha promosso lo sviluppo delle leghe ad alta temperatura fuse, e le leghe policristalline hanno gradualmente iniziato a diventare il materiale principale per le pale delle turbine.

Negli anni '80, i ricercatori hanno scoperto la tecnologia di solidificazione direzionale, che può migliorare la resistenza e la plasticità degli alleghi e migliorare le prestazioni termiche degli alleghi controllando la velocità di crescita dei cristalli e facendo crescere i grani in modo preferenziale. Su questa base, sono iniziati a svilupparsi gli alleghi ad alta temperatura a singolo cristallo, diventando il materiale dominante per le pale del turbine dei motori a reazione ad alta prestazione.

Processo di fabbricazione

Avere materiali con prestazioni eccellenti non è sufficiente. Le pale del turbine dei motori aerei richiedono anche una tecnologia di produzione precisa - il processo di gettatura a investimento.

Preparazione del nucleo, della cera e della ghisa

Nel laminato a investitura di pale cavo, si utilizzano spesso nuclei in ceramica per creare i canali d'aria: il nucleo in ceramica viene inserito in una lama in cera d'api, avvolto con argilla porcellana e riscaldato, e la cera all'interno viene espulsa dopo la cottura per formare una cavità per il laminato; il modello in cera viene rivestito con un rivestimento refrattario e infornato a alta temperatura, formando una guscio duro dopo che il modello in cera si è sciolto. Il metallo fuso viene versato nella cavità interna del guscio per ottenere un laminato.

Solidificazione direzionale

Sotto un controllo rigoroso della temperatura, numerosi grani competono per crescere, permettendo al grano dominante di entrare nella cavità. Mentre l'interfaccia solido-liquido avanza, il grano continua a crescere, ottenendo così una lama monocristica.

T est

Dopo la fabbricazione delle pale del turbine, viene utilizzato un processo chimico speciale per sciogliere il nucleo in ceramica, quindi si perforano i fori di raffreddamento e si applica un rivestimento a barriera termica per fornire isolamento e raffreddamento. Dopo l'ispezione con raggi X, le pale sono completate.

Struttura di raffreddamento

Per i motori, l'aumento della temperatura del gas all'ingresso della turbina può aumentare la spinta, migliorando così l'efficienza del motore e il rapporto spinta-peso. Nelle attuali turbine aereonautiche, la temperatura del gas all'ingresso della turbina supera il limite di temperatura che il materiale resistente alle alte temperature delle pale può tollerare, quindi è necessario utilizzare un metodo efficace di raffreddamento per ridurre la temperatura delle pareti delle pale della turbina.

Le tecnologie di raffreddamento utilizzate nelle pale della turbina includono principalmente raffreddamento convettivo, raffreddamento per impatto, raffreddamento a film e raffreddamento laminare.

F futuro

Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, verranno utilizzate tecniche di produzione additive, formazione laser e altre tecnologie nella fabbricazione delle pale della turbina. Le turbine future avranno prestazioni migliori e forniranno in modo più efficiente la potenza necessaria per far volare gli aeroplani.

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